專利名稱：用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組的方法及其繞組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種繞制變壓器繞組的方法及其繞組，尤其是一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo) 線繞制鐵心變壓器繞組的方法及其繞組。
背景技術(shù)：
變壓器的繞組構(gòu)成設(shè)備本身的電路部分，它與外部的電網(wǎng)直接相連，是變壓器中 的重要的部件，常把繞組比做變壓器的"心臟"。當(dāng)遭受雷電沖擊電壓和操作沖擊波 時(shí)，繞組內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大于額定電流許多倍的短路電流，沿軸向與輻向產(chǎn)生巨大的機(jī)械 力，同時(shí)會(huì)瞬時(shí)將繞組溫度提升至極高的危險(xiǎn)程度。銅具有獨(dú)特的物理性能和電氣性能，是傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料，也是變壓器繞組的主要 原材料。由于世界上銅資源的匱乏和市場(chǎng)價(jià)格居髙不下，促使電工行業(yè)積極尋求代用 材料。 一般認(rèn)為，鋁導(dǎo)線是較好的代用材料。由于鋁的資源豐富，其具有價(jià)格低廉、重量輕、導(dǎo)電率較高等優(yōu)點(diǎn)，所以，在20世紀(jì)60年代就提出"以鋁代銅"，用鋁導(dǎo) 線作電能傳輸線，其中包括制作變壓器繞組。隨著雙金屬?gòu)?fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，人們 利用銅的優(yōu)良導(dǎo)電性和鋁重量輕的特點(diǎn)，將銅層包覆在鋁芯線周?chē)?，形成具有?dǎo)電性 好、密度小、柔軟、耐腐蝕、易釬焊、價(jià)格低廉的銅包鋁導(dǎo)線，從而發(fā)展成為導(dǎo)線的 第三種金屬材料。銅鋁復(fù)合導(dǎo)線是一種高性能的雙金屬線材，其銅的厚度大約是在最 小半經(jīng)的3.5%，其導(dǎo)電率大約是銅線的62.9% ,而同樣重量、截面的銅包鋁線的長(zhǎng) 度是純銅線長(zhǎng)度的2.7倍。但是，由于鋁的強(qiáng)度較低，容易蠕變，長(zhǎng)期使用后會(huì)產(chǎn)生 變形，而且鋁的耐蝕性較差，表面極易形成堅(jiān)固的氧化膜，致使用銅鋁復(fù)合導(dǎo)線繞制 變壓器繞組成為技術(shù)難題，從而限制了 "以鋁代銅"的進(jìn)一步推廣應(yīng)用?，F(xiàn)如今變壓器繞組最常用的材料仍然是銅。雖然其可以承受短路機(jī)械力、瞬時(shí)的 高溫，但由于銅資源緊缺、銅價(jià)格高，使得變壓器成本居高不下。如何解決使用銅鋁 復(fù)合導(dǎo)線繞制變壓器繞組這一技術(shù)問(wèn)題便日益為人們所關(guān)注。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞 組的方法，以及用銅鋁復(fù)合導(dǎo)線繞制成的鐵心變壓器繞組，實(shí)現(xiàn)既降低變壓器繞組的 成本，又不減損其性能的目的。本發(fā)明所述的一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組的方法，其所采用的 技術(shù)方案的內(nèi)容包括先將絕緣紙筒固定在繞線模具上，然后將線圈首頭搣制完畢包扎好后，將導(dǎo)線按 要求均勻繞在紙筒上，可以繞制一層或多層；在兩層之間加相應(yīng)的層間絕緣，或瓦楞 油道；在線圈繞制過(guò)程中，每層的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，都要放置端絕緣，加強(qiáng)上下端部的 絕緣強(qiáng)度；還要滿足下列要求1、 按照繞組內(nèi)徑確定模具尺寸，并按照要求確定繞組模具的形狀；2、 將銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線按常規(guī)方法在選定的模具上繞制繞組；3、 繞制過(guò)程中，繞組的巻制要緊密無(wú)間隙，繞組的匝間層間要緊密，不允許有 松動(dòng)的線匝；結(jié)構(gòu)上的裕度必須適當(dāng)，控制絕緣零件及導(dǎo)線不要超出允差；如遇負(fù)允 差時(shí)用適當(dāng)?shù)慕^緣材料將匝間、層間填實(shí)，不允許用松繞的辦法保持繞組外限尺寸； 保證繞組的幾何尺寸，控制繞組尺寸不能超出允許的偏差值；4、 銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線的截面尺寸、絕緣厚度和質(zhì)量應(yīng)符合要求；保持銅鋁復(fù)合 材料導(dǎo)線的表面光潔度，不能有毛刺、劃痕和重皮，無(wú)污物及銹斑，對(duì)扁線還要保持 截面上圓角形狀；同一變壓器繞組所用扁導(dǎo)線，圓角應(yīng)相同，以保證三相電阻值保持 一致；5、 盡量減少導(dǎo)線接頭數(shù)量，繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接，除保證焊接電阻外，應(yīng)修光 焊點(diǎn)，不能有尖角毛刺，并加強(qiáng)絕緣；6、 巻制過(guò)程中，杜絕有絕緣損傷的導(dǎo)線巻入繞組內(nèi)部，對(duì)導(dǎo)線的換位、跨段、升層及引出線端等處均加強(qiáng)絕緣7、 線圈多根導(dǎo)線并排出頭時(shí)，盡可能使導(dǎo)線排成正方形；8、 巻制過(guò)程中，嚴(yán)格控制繞組內(nèi)外徑，尤其短軸方向，需要邊繞制邊用木錘擊 打來(lái)保證短軸方向的尺寸；9、 銅鋁復(fù)合線在制造過(guò)程中為增加其抗拉強(qiáng)度，使得其延展性不及銅導(dǎo)線，在 繞制線圈過(guò)程中，銅鋁復(fù)合線線圈首頭以及末頭出線搣彎時(shí)，要避免因外力使導(dǎo)線的 銅覆層斷裂從而影響導(dǎo)線的整體性能。一種用上述方法繞制的鐵心變壓器繞組，包括鐵心和線圈，其特征是所述的線 圈是用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制的。所述的鐵心變壓器繞組，其特征是所述銅鋁復(fù)合材料線圈均勻繞在紙筒上，可 以有一層或多層，線圈兩端放置端絕緣。所述的一種鐵心變壓器繞組，其特征是在兩層線圈之間有相應(yīng)的層間絕緣或瓦 楞紙板，瓦楞紙板與線圈之間有若干油道。應(yīng)用本發(fā)明所述的方法，用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組， 既降低了變壓器繞組的成本，又不減損其性能。由于銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線的密度小、質(zhì) 量輕，采用該導(dǎo)線可降低變壓器繞組的質(zhì)量，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得產(chǎn)品便于運(yùn) 輸和安裝。同時(shí)，銅鋁復(fù)合導(dǎo)線的比熱比銅導(dǎo)線的大，在相同電阻、電流和通電時(shí)間的條件下，繞組的溫升較低，從而延長(zhǎng)了絕緣材料的老化過(guò)程，提高了變壓器的使用 壽命。雖然無(wú)論軟態(tài)或硬態(tài)的銅鋁復(fù)合導(dǎo)線，其抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都比銅導(dǎo)線的低， 但仍足以滿足繞組對(duì)導(dǎo)線力學(xué)性能的要求，尤其銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線兼具銅線和鋁線的 優(yōu)良特性，價(jià)格低廉。


圖1是本發(fā)明所述繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是橢圓形鐵心變壓器繞組的截面示意圖；圖3是圓形鐵心變壓器繞組的截面示意圖；圖4是實(shí)施例3所述連續(xù)式繞制方法的示意圖。
具體實(shí)施方式
對(duì)于變壓器等電器設(shè)備來(lái)說(shuō)，其繞組的繞制是至關(guān)重要的，繞制時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè) 計(jì)保證足夠的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)電壓等級(jí)的不同，容量的不同，將采用不同 結(jié)構(gòu)形式的繞組。本發(fā)明所述的方法可供選用。本發(fā)明所述的一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組的方法，其內(nèi)容包括先將絕緣紙筒3固定在模具上，然后將線圈4首頭搣制完畢包扎好后，將導(dǎo)線按要求均勻繞在紙筒3上得到線圈4，并在兩層之間加相應(yīng)的層間絕緣6或瓦楞紙板1,瓦楞紙板1與線圈4之間形成瓦楞油道2;在線圈繞制過(guò)程中，每層的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)， 都要放置端絕緣5，加強(qiáng)上下端部的絕緣強(qiáng)度； 還要滿足下列要求1、 按照繞組內(nèi)徑確定模具尺寸，并按照設(shè)計(jì)確定繞組模具的形狀；2、 將銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線按常規(guī)方法在選定的模具上繞制繞組；繞組的巻制要緊密無(wú)間隙，繞組的匝間層間一定要緊密不允許有松動(dòng)的線匝，結(jié)構(gòu)上的裕度必須適當(dāng)， 應(yīng)控制絕緣零件及導(dǎo)線不要超出允差，如遇負(fù)允差時(shí)應(yīng)考慮用適當(dāng)?shù)慕^緣材料將匝間、層間填實(shí)，不允許用松繞的辦法保持繞組外限尺寸；3、 保證繞組的幾何尺寸，徑向和軸向尺寸，決定繞組的短路阻抗值，因此必須 控制繞組尺寸不能超出允許的偏差值；4、 除注意導(dǎo)線的截面尺寸(決定電流密度)，和絕緣厚度與質(zhì)量外，還應(yīng)注意導(dǎo) 線的表面光潔度和導(dǎo)線截面上圓角形狀(對(duì)扁線而言)，表面不能有毛剌、劃痕和重 皮等缺陷，應(yīng)清潔無(wú)污物及銹斑，同一臺(tái)變壓器繞組所用扁導(dǎo)線，圓角應(yīng)相同，以保證三相電阻值不致相差太多；5、 除結(jié)構(gòu)上規(guī)定以外，應(yīng)盡量減少導(dǎo)線接頭數(shù)量，繞組內(nèi)部的導(dǎo)線焊接，保證 焊接電阻外，更應(yīng)注意焊點(diǎn)的修光，不能有任何尖角毛刺，并應(yīng)局部加強(qiáng)絕緣；6、 巻制過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)注意導(dǎo)線絕緣質(zhì)量，不允許有絕緣損傷的導(dǎo)線巻入繞組內(nèi) 部，對(duì)導(dǎo)線的換位，跨段，升層及引出線端等處均應(yīng)按規(guī)定加強(qiáng)絕緣；7、 線圈多根導(dǎo)線并排出頭時(shí)，盡可能使導(dǎo)線排成正方形以便更好的與冷壓焊端 子連接；8、 巻制過(guò)程中，嚴(yán)格控制繞組內(nèi)外徑，尤其短軸方向，由于實(shí)際繞制過(guò)程當(dāng)中， 短軸方向很容易鼓，此時(shí)就需要邊繞制邊用木錘擊打來(lái)保證短軸方向的尺寸。9、 銅鋁復(fù)合線在制造過(guò)程中為增加其抗拉強(qiáng)度，使得其延展性不及銅導(dǎo)線，在 繞制線圈過(guò)程中，銅鋁復(fù)合線線圈首頭以及末頭出線搣彎時(shí)，要避免因外力使導(dǎo)線的 銅覆層斷裂從而影響導(dǎo)線的整體性能。用本發(fā)明所述方法繞制的鐵心變壓器繞組，包括鐵心和線圈，所述的線圈用銅鋁 復(fù)合材料導(dǎo)線繞制。如圖1、圖2和圖3所示，所述鐵心變壓器繞組的結(jié)構(gòu)為線圈 4首頭搣彎，銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線均勻繞在紙筒3上得到線圈4,在兩層線圈之間有相 應(yīng)的層間絕緣6或瓦楞紙板1，瓦楞紙板1與線圏4之間形成瓦楞油道2;在線圈每 層的開(kāi)始和結(jié)束，放置有端絕緣5。所述的鐵心變壓器繞組分為層式、餅式。層式分為單層、雙層或多層。單、雙層 用于小容量低壓繞組、多層圓筒式多用于小容量高壓繞組。按照本發(fā)明所述的一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組的方法進(jìn)行下 列操作。實(shí)施例1單、雙層圓筒式繞組結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，采用并聯(lián)導(dǎo)線繞制，輻向有并繞時(shí)應(yīng)在每層 中部進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)換位，這樣可使導(dǎo)線所處的漏磁場(chǎng)情況相等、導(dǎo)線長(zhǎng)度相等。換位 會(huì)使繞組高度高一根導(dǎo)線，換位留下的空隙必須用寬度相當(dāng)?shù)募埌鍡l填平，并將紙板 條用布帶綁扎于鄰近線匝上；繞組的引出頭彎折近似90°角，轉(zhuǎn)彎處附近應(yīng)用皺紋紙 局部加強(qiáng)絕緣；端圈由布帶與相鄰線匝固定，繞組端頭用強(qiáng)度較高的斜紋布帶鎖緊在 鄰近的幾匝上，但更重要的是在繞組外部在繞組端頭的部位用高強(qiáng)度皺紋紙或布帶沿 圓周將繞組扎緊，防止繞組回彈而使直徑變大，這是防止端頭位移所必須的。實(shí)施例2多層圓筒式繞組采用單根導(dǎo)線繞制，繞組的起始頭彎90°自繞組的軸向引出，引 出線在彎折部分附近加強(qiáng)絕緣；繞制時(shí)線匝必須緊密排列，結(jié)構(gòu)上應(yīng)規(guī)定每層的匝數(shù)， 如因總匝數(shù)所決定，在某一層需減少匝數(shù)時(shí)，其空余位置(無(wú)導(dǎo)線位置)應(yīng)用適當(dāng)寬度 的紙板條填平不允許匝間松動(dòng)；層間絕緣一般由幾層0.08的絕緣點(diǎn)膠紙組成，每張 紙錯(cuò)開(kāi)圍在線匝上，錯(cuò)開(kāi)的方向不可弄反，否則不易包緊；若在層間某處需旋轉(zhuǎn)散熱 用的軸向油隙撐條，而撐條間距又較大時(shí)，應(yīng)在撐條之間放置臨時(shí)撐條一條或兩條， 以保證在撐條上繼續(xù)巻制的線匝不致形成"多角"從而影響油隙的均勻。實(shí)施例3餅式繞組包括連續(xù)式、螺旋式。在此對(duì)連續(xù)式進(jìn)行介紹。連續(xù)式繞組是電力變壓器普遍采用的一種繞組形式，用扁導(dǎo)線像盤(pán)旋的蚊香一樣 繞制成盤(pán)狀，各餅的線匝連續(xù)地串聯(lián)起來(lái)成為一個(gè)繞組，更確切的說(shuō)它是一個(gè)連續(xù)繞 成的一個(gè)餅式繞組。連續(xù)巻制的方法見(jiàn)圖1,先在繞線模上繞一個(gè)"臨時(shí)"線段r -7',然后在7' 匝的終結(jié)處制作跨越線段的"彎頭"，俗稱S彎。這時(shí)將彎頭放在右側(cè)的線匝7位置 上，將這個(gè)臨時(shí)線段自6'開(kāi)始直至l',逐匝移到線匝7上，最后形成繞組的第一 個(gè)線段，即1 —7。在"彎頭"上繼續(xù)巻8 — 14匝形成第二個(gè)線段，這個(gè)線段不需要再 逐匝移置，在14匝的終結(jié)處做第二個(gè)跨段彎頭，然后用一個(gè)由紙板條組成的Z形墊 將導(dǎo)線拉下到巻線模的軸向撐條上，開(kāi)始第二個(gè)臨時(shí)線段15' -21'匝。如此繼續(xù)下 去就巻成了連續(xù)式繞組。
權(quán)利要求
1、一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組的方法，其特征在于先將絕緣紙筒(3)固定在繞線模具上，然后將線圈(4)首頭揻制完畢包扎好后，將導(dǎo)線按要求均勻繞在紙筒(3)上形成線圈(4)，可以有一層或多層；在兩層線圈(4)之間設(shè)置相應(yīng)的層間絕緣(6)或瓦楞紙板(1)；在線圈繞制過(guò)程中，每層的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，都要放置端絕緣(5)；還要滿足下列要求a、按照繞組內(nèi)徑確定模具尺寸，并按照要求確定繞組模具的形狀；將銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線按常規(guī)方法在選定的模具上繞制繞組；b、繞制過(guò)程中，繞組的卷制要緊密無(wú)間隙，繞組的匝間層間要緊密，不允許有松動(dòng)的線匝；結(jié)構(gòu)上的裕度必須適當(dāng)，控制絕緣零件及導(dǎo)線不要超出允差；如遇負(fù)允差時(shí)用適當(dāng)?shù)慕^緣材料將匝間、層間填實(shí)，不允許用松繞的辦法保持繞組外限尺寸；保證繞組的幾何尺寸，控制繞組尺寸不能超出允許的偏差值；c、銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線的截面尺寸、絕緣厚度和質(zhì)量應(yīng)符合要求；保持銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線的表面光潔度，同一變壓器繞組所用扁導(dǎo)線，圓角應(yīng)相同；d、盡量減少導(dǎo)線接頭數(shù)量；繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接，除保證焊接電阻外，應(yīng)修光焊點(diǎn)，并加強(qiáng)絕緣；e、卷制過(guò)程中，杜絕有絕緣損傷的導(dǎo)線卷入繞組內(nèi)部，對(duì)導(dǎo)線的換位、跨段、升層及引出線端均加強(qiáng)絕緣；線圈多根導(dǎo)線并排出頭時(shí)，排成正方形；f、卷制過(guò)程中，控制繞組內(nèi)外徑，尤其短軸方向，要邊繞制邊用木錘擊打；g、線圈首頭以及末頭出線揻彎時(shí)，不要因外力使導(dǎo)線的銅覆層斷裂。
2、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法繞制的鐵心變壓器繞組，包括鐵心和線圈，其特征是所述線圈(4)是銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鐵心變壓器繞組，其特征是所述銅鋁復(fù)合材料 線圈(4)均勻繞在紙筒(3)上，可以有一層或多層，線圈(4)兩端放置端絕緣(5)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鐵心變壓器繞組，其特征是在兩層線圈(4)之 間有相應(yīng)的層間絕緣(6)或瓦楞紙板(1),瓦楞紙板(1)與線圈(4)之間有若干 油道(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組的方法，以及一種用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制成的鐵心變壓器繞組，其特征在于將銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線用于繞制鐵心變壓器繞組，解決了用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組過(guò)程中存在的技術(shù)問(wèn)題。應(yīng)用本發(fā)明所述的方法，用銅鋁復(fù)合材料導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線繞制鐵心變壓器繞組，既降低了變壓器繞組的成本，又不減損其性能。
文檔編號(hào)H01F27/30GK101226819SQ200710167388
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者代先智, 斌 馮, 巧 紀(jì), 金保利, 魏彩霞 申請(qǐng)人:青島青波變壓器股份有限公司